DE2147625A1

DE2147625A1 - Verfahren zum Schmieren eines heissen Werkstucks aus Stahl

Info

Publication number: DE2147625A1
Application number: DE19712147625
Authority: DE
Inventors: William Gates Pittsburgh Pohnski Raymond Edward Duquesne; Pa. Miller (V StA.)
Original assignee: USS Engineers and Consultants, Inc., Pittsburgh, Pa. (V.StA.)
Priority date: 1970-09-25
Filing date: 1971-09-23
Publication date: 1972-03-30
Also published as: NL7112701A; US3789641A; GB1342153A; AU450187B2; AU3329671A; BE772701A; FR2107967A1; FR2107967B1

Description

"Verfahren zum Schinieren eines heissen Werkstücks

aus Stahl"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmieren eines heissen Stahlwerkstücks, das warmgewalzt wird. Im allgemeinen wird anerkannt, dass das Schmieren eines Werkstücks aus Stahl bei einem WarmwalζVorgang verschiedene günstige Auswirkungen hat, so beispielsweise eine Verlängerung der Walzenlebensdauer, eine bessere Oberfläche des warmgewalzten Produkts, eine Vereinfachung der Trennung des Oberflächenzunders und eine Reduzierung des Energieverbrauchs. Obgleich es allgemein üblich ist, beim Kaltwalzen das Werkstück zu schmieren, ist das Schmieren beim Warmwalzen bisher kaum angewendet worden, und wenn dies geschah, dann haben die Ergebnisse gewöhnlich enttäuscht.

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

8 MDNCHEN 2, THERESI ENSTRASSE 33 · Tilefon: 281202 · Telegramm-Adreue: Lipatli/München Bay»r. Vereimbcmk München, Zweig·». Oikar-von-Miller-Ring, Kto.-Nr. 882495 · Poiticheck-Konto: Mönchen Nr. 143397

QppenewBOroi PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT

Um für in der Praxis angewandte Verfahren eine ausreichende Wirtschaftlichkeit zu erzielen, geschieht das Schmieren eines Werkstücks beim Walzen gewöhnlich durch Aufbringen entweder eines Öl-Wasser-Gemisches oder eines unverdünnten Öls in Form eines zerstäubten Sprühstrahls. Wenn Öl-Wasser-Gemische auf ein warmes oder heisses Werkstück aufgebracht werden, dann entsteht üblicherweise eine dünne Dampfbarriere auf der warmen Werkstückoberfläche, die verhindert, dass das Öl an der Werkstückoberfläche haften bleibt. Dazu kommt, dass das Kühlwasser, dem die Walzen im allgemeinen ausgesetzt werden, schnell das Öl-Wasser-Gemisch von der Werkstückoberfläche abwäscht.

Aufgrund der polaren Natur der meisten Öle würden unverdünnte Öle nicht so einfach von der Werkstückoberfläche abgewaschen werden. Wenn jedoch unverdünnte Öle auf eine heisse Werkstückoberfläche im zerstäubten Zustand aufgesprüht werden, entzündet sich das Öl bei den üblichen Warmwalζtemperatüren von 95^ bis 1O66°C und brennt ab.

Kürzlich wurde ein verbessertes Verfahren entwickelt, das die obigen Probleme beseitigt. Bei diesem Verfahren wird das Schmiermittel auf die Stützwalzen gewöhnlicher Vierwalzenstühle aufgebracht, nachdem stationäre Wischer die Walzenoberfläche abgewischt haben, um jegliches Kühlwasser zu entfernen. Daraufhin wird das Schmiermittel von den Stützwalzen auf die Arbeitswalzen übertragen, wo das Werkstück geschmiert wird. Obgleich dieses Verfahren die obigen Probleme beseitigt, lässt es sieh offensichtlich nicht für einen Zweiwalzenstuhl anwenden, der keine Stützwalzen hat und häufig mit einer nicht flachen Oberfläche versehen ist, die nicht abgewischt werden kann, um Kühlwasser zu entfernen. Als Beispiel hierfür könnte das Zweiwalzen-Fertigwalzwerk dienen, das mit mehreren Nuten versehen ist, die sich rund um die Walzen erstrecken, und das zum Walzen von

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verstärkten Stäben dient. Das Warmwalzen findet gewöhnlich in Zweiwalzenstühlen statt und wird deshalb fast immer ohne Verwendung eines Schmiermittels durchgeführt.

Obgleich unverdünnte Schmieröle sich tatsächlich entzünden und auf einem warmen Werkstück abbrennen, wenn sie auf das Werkstück in der herkömmlichen Weise aufgesprüht werden, wurde nun erfindungsgemäss festgestellt, dass zerstäubte Öle nicht brennen, wenn sie auf ein warmes Werkstück aufgesprüht werden, vorausgesetzt, dass die zerstäubten Teilchen ausreichend gross sind, d.h₀ eine Grosse von wenigstens etwa 150/uin (Mikrometer) aufweisen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, ein Verfahren zum Versprühen unverdünnter Schmieröle auf einem Werkstück zu schaffen, bei dem verhindert wird, dass das Öl von dem Werkstück abbrennt. In diesem Zusammenhang soll auch eine Methode und eine Vorrichtung zur Aufbringung eines unverdünnten Schmieröls auf ein warmes bzw. heisses Werkstück vor dem Warmwalzen geschaffen werden. Die Schmiervorrichtung soll sich dabei insbesondere für einen Zweiwalzenstuhl eignen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass beim Schmieren eines warmen Stahlwerkzeugs in einem Warmwalzprozess ein unverdünntes Schmieröl so zerstäubt wird, dass sich Teilchen bilden, deren Grosse im Bereich zwischen etwa 150 bis 250 Aim liegt, und dass dieses zerstäubte Schmieröl unmittelbar auf die warme Werkstückoberflache aufgesprüht wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläuterte

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In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung, wie sie in Verbindung mit einem herkömmlichen Zweiwalzenstuhl benutzt wird, und

Fig. 2 eine vergrösserte Schnittansicht einer Zerstäubungsdüse, wie sie Verwendung finden kann.

Alle bekannten Verfahren zum Versprühen eines zerstäubten Schmiermittels auf ein zu walzendes Werkstück arbeiten mit zerstäubten Teilchen, deren Grosse erheblich kleiner als 150 yum ist. Wenn das Schmiermittel auf ein warmes

ο Werkstück bei Temperaturen von über etwa 871 "G aufgesprüht wird, dann entzündet sich das Schmiermittel und brennt ab, wie dies oben erwähnt wurde. Der wesentliche Gedanke der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, dass derartige zerstäubte Ölteilchen nicht brennen, wenn die Teilchengrösse wenigstens etwa 150/um beträgt.

In der Praxis wird vorgewärmtes Öl zerstäubt und auf ein warmes Werkstück aufgesprüht, während die zerstäubten Ölteilchen auf einer Grosse von annähernd 150 bis 250/um gehalten werden. Wie bereits festgestellt wurde, ist die untere Grenze der Teilchengrösse von etwa 150/um notwendig, um ein Entzünden und Abbrennen zu verhindern, sobald die Ölteilchen das erste Mal das warme Werkstück berühren. Die obere Grössengrenze von etwa 250yum ist erforderlich, damit ein dünner, gleichmässiger Ölfilm auf dem Werkstück sichergestellt wird. Das heisst, wenn die versprühten Ölteilchen grosser sind als etwa 250/um, dann besteht eine Neigung zur Entstehung eines fleckigen, ungleichförmigen Ölbelags auf dem Werkstück.

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ORIGINAL INSPECTED

Obgleich die grosseren Ölteilchen sieb beim ersten Kontakt ait dem Werkstück nichtmtzünden, wie oben festgestellt, so kann doch eine längere Berührung ait dee warsea Werkstück sehr wohl dazu führen, dass sich das Öl möglicherweise entzündet und brennt. Die tatsächliche Ölbesprühung wird deshalb vorzugsweise so spät wie möglich vor dem Walzein— griff vorgenommen, wodurch die Zeit zwischen dem Schmieren und dem Warmwalzen auf ein Mindestmass beschränkt wird. Sobald das Warmwalzen begonnen hat, verhindert das die Walzenoberflächen kaskadenförmig herablaufende Kühlwasser ein Entzünden des Öls.

Da die Ölteilchen gemäss dem hier beschriebenen Verfahren ziemlich gross und schwer sind im Gegensatz zu den herkömmlich zerstäubten Sprühstrahlen, wird der Sprühstrahl vorzugsweise direkt lotrecht auf das Werkstück gerichtet, und zwar mit einem schmalen Spriihwinkel, um so zu verhindern, dass die Ölteilchen von der Werkstückoberfläche weggelenkt werden. _:- --

Viele kleine Zweiwalzenstühle sind mit glockenförmigen Führungskasten versehen, die dazu dienen, da» Werkstück durch einen bestimmten Teil der Arbeitswalzen 211 führen. Da diese Führungskästen notwendigerweise den Walzen ziemlich nahe liegen, kann das wichtige Positionieren der Sprühdüsen zwischen einem Führungskasten und der Walzen bei einigen Walzgerüsten zu Schwierigkeiten führen« Dennoch sollten die Sprühdüsen eher zwischen diesen beiden Elementen angeordnet werden als vor dem Führungskasten, so dass die Zeit zwischen dem Schmieren und de» Walzen auf ein Mindestmass beschränkt wird, wodurch auch die Wahrscheinlichkeit dafür, dass sicm das Öl entzündet, sieh sehr verringert. Der Führungskasten kann aber ein anderes Problem aufwerfen, das darin besteht, das» der in dem Kasten abgeschlossene Raum gewöhnlieh ziem-»

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lieh heiss ist und sich häufig irgendein Ölsprühstrahl, der in den Kasten hineingelenkt wird, schnell entzündet» Es hat sich deshalb als notwendig erwiesen, wenn in der Nähe eines solchen Führungskastens gearbeitet wird, die Bösen unter einem kleinen Winkel von dem Führungskasten wegzurichten, um dadurch die Möglichkeit des Eindringens von Schmiermittelsprühstrahlen in den heissen, von dem Kasten umschlossenen Raum auf ein Mindestmass zu beschränken.

Eine Ausffihrungsform der in der Praxis verwendeten Vor—" richtung der hier beschriebenen Art ist schematiseh in Fig. i gezeigt, wobei das Bezugszeichen 10 einen üblichen Zweiwalzenstuhl bezeichnet, der eine obere und eine untere Walze 12 bzw. 14 aufweist. In diesem Walzenstuhl 10 wird ein herkömmliches warmes Werkstück W behandelt.

ErfimäuKgsgemäss wild nun wenigstens eine Sprühdüse 20 über do* forks tuck W in geringer Entfernung von dem Walzenstuhl 10 apf der Eintrittsseite angeordnet und wenigstens eine Sprühdüse 22 unterhalb der Düse 20. Die Anzahl der Busen 22 ηαφ. 24 hängt natürlich von der Breite des Werkstücks W ab sowie von der Breite des Sprühstrahls an der Werkstückoberfläche. Wenn schmale Materialien, wie beispielsweise Stangen, Bandstahl, Draht und dergleichen, warmgewalzt werden, dann ist eine Düse auf jeder Seite des Werkstücks W mehr als ausreichend.

Fenn breitere Materialien gewalzt werden, wie beispielsweise Stosseisen, dann können mehrere Düsen notwendig sein, mn die Werkstückoberfläche vollständig mit Schmiermittel zu bedecken.

ORIGINAL INSPECTED

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Das unverdünnte Schmieröl wird aus einem Ölvorratsbehälter 26 über eine Öllieferleitung 28 zugeführt. Die Ölzufuhr wird mit Hilfe der Pumpe 30, dem Regler 31 und dem Durchflussmesser 32 in der Öllieferleitung 28 gesteuert. Nicht verwendetes Öl wird über die Ölrückführleitung 34 in den Behälter 26 zurückgeleitet.

Den Düsen 20 und 22 wird über die Zerstäubungsluftleitung 36 Zerstäubungsluft zugeführt, während über die Druckkolben-Luftleitung 38 Druckkolbenluft geliefert wird. Die Steuerung der Zerstäubungsluft an den Düsen 20, 22 geschieht mit Hilfe einer Magnetspule 40, einem Regler 42 und einem Durchflussmesser 44 in der Zerstäubungsluftleitung 36« In ähnlicher Weise sind der Druckkolbenluftleitung 38 eine Magnetspule, ein Regler und ein Durchflussmesser 46, 48 bzw. 50 zugeordnet.

Zur Erzielung optimaler Ergebnisse werden vorzugsweise handelsübliche Düsen verwendet, die von der Spray Systems, Inc. hergestellt und mit Modell i/4 JAU bezeichnet werden. Eine solche Düse, die im Detail in Fig. 2 gezeigt ist, weist als Merkmale automatische Abschalt- und Reinigungsmechanismen auf, die das System in die Lage versetzen, jederzeit unter Druck gehalten zu werden, ohne zu verstopfen. Diese Düse ist besonders für den erfindungsgemässen Zweck erwünscht, da es ihr leicht möglich ist, die Ölteilchen in der erforderlichen Grosse durch blosses Steuern des Zerstäubungsluftdruckes zu erzeugen. Dazu kommt, dass die Düse sich durch eine wirtschaftliche Ölabgabe auszeichnet, und zwar durch eine blosse Öldruckeinstellung, und dass der bevorzugte schmale Anwendungsbereich leicht eingestellt werden kann.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist die soeben erwähnte bevorzugte Düse mit einer zentralen Öffnung 60 ausgestattet, die

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ORIQfNAL JNSPECTED

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das Öl über den Öleintritt 62 aufnimmt und es an die Ölaustrittsöffnung 64 abgibt. Der Kanal 66 erhält von dem Zerstäubungslufteintritt 68 Zerstäubungsluft und gibt sie an die Zerstäubungsluftaustrittsöffnungen 70 ab. Eine Reinigungs- bzw. Ausstoss- und Abstellnadel 72 sitzt in der öffnung 60 und ist mit einem Kolben lh versehen, der an ihr befestigt ist und von einer Feder 76 in die geschlossene Stellung gedrückt wird. Der Kolben 7·^ wix~d mit Hilfe der Druckkolbenluft, die durch die Öffnung 78 eingeführt wird, in die geöffnete Stellung bewegt.

Im Betriebszustand wird das Schmieröl, das auf eine geeignete Temperatur vorgewärmt worden ist, durch die Pumpe aus dem Behälter 26 zu den Düsen 20 und 22 gepumpt. Der Schmieröldruck wird mit Hilfe des Reglers 3i gesteuert, überschüssiges Öl wird über die Rückführleitung 34 zu dem Behälter 26 zurückgeleitet. Gleichzeitig wird den Düsen und 22 über die Leitung 38 durch Öffnen der Magnetspule 40 Zerstäubungsluft zugeführt, wobei der Druck mit Hilfe des Reglers 42 geregelt wird. Um mit dem Versprühen zu beginnen, wird die Magnetspule 46 geöffnet, wodurch die Düsen 20 und 22 aktiviert werden und Schmieröl auf das Werkstück W versprühen. Nachdem durch Einstellung des Reglers 31 der gewünschte Ölaustritt erreicht ist, lässt sich die Grosse der zerstäubten Ölteilchen durch Einstellen des Zerstäubungsluftdruckes mit Hilfe des Reglers 42 auf den gewünschten Wert einsteuern.

Die geeigneten Betriebsparameter sind von so vielen veränderlichen Grossen abhängig, dass hier die Grenzen nicht angegeben werden können. Nichtsdestoweniger lassen sich diese Betriebsparameter experimentell leicht bestimmen. Für irgendein gegebenes System, vorliegendes Schmiermittel und festgelegte Temperatur kann die gewünschte Schmiermittel teilchengrösse schnell durch die Einstellung des

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richtigen Verhältnisses von Ölabgaberegler 3i und Zerstäubungsluftregler 42 erreicht werden. So sind beispielsweise für das vorliegende System, bei dem Schmiermittel eine Viskosität von annähernd 200 SUS (Saybolt Universal Seconds) bei 54 C hat, die folgenden Düsenverhältnisse typisch:

Ö'lausgaberegler 31 Luftdruckregler 42

10 g/min. 0,053 kp/cm²

18 g/min. 0,070 kp/cm

34 g/min. 0,105 kp/cm

Aufgrund der Unterschiede in der Viskosität zwischen den Schmiermitteln und der Unterschiede in der Rohrreibung von dem einen System zum anderen sollte jaies System und Schmiermittel bei verschiedenen Öldrücken in Bezug auf die von der Düse abgegebene Menge geeicht werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Schmieren eines warmen Stahlwerkstücks innerhalb des Warmwalzprozesses, dadurch gekennzeichnet, dass ein unverdünntes Schmieröl zur Bildung von Teilchen zerstäubt wird, deren Grosse innerhalb eines Bereiches von etwa 150 bis 250 >um liegt, und dass das zerstäubte Schmieröl direkt auf die warme Werkstückoberfläche aufgesprüht wird.

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